CN216565264U - 基于手机的智能化荧光分析系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于手机的智能化荧光分析系统，该系统包括APP应用装置和暗箱，APP应用装置采用手机，手机与暗箱连接；暗箱设有上盖部、箱体、下底部和荧光检测装置，上盖部和下底部分别与箱体连接，荧光检测装置与下底部连接；上盖部包括手机固定夹具、连接块、观测块、激发滤光片、双凸透镜组件、第一压环、第二压环、镜筒、发射滤光片，手机固定夹具和观测块分别设置在连接块，手机固定夹具还与手机连接；第一压环、第二压环嵌入在观测块，发射滤光片、激发滤光片分别通过第一压环、第二压环固定于观测块内；镜筒与观测块耦合连接，双凸透镜组件设置在镜筒内；该系统在即时荧光检测分析中具有体积小，易携带，成本低，可现场使用的优点。

Description

基于手机的智能化荧光分析系统

技术领域

本实用新型属于荧光检测技术领域，特别涉及一种基于手机的智能化荧光分析系统。

背景技术

手机是一种具有独立操作系统和硬件集成的移动通信设备，具有体积小，使用方便，功能强大等优点。越来越多的研究人员将手机应用于检测，并将图像采集、处理、数据分析集成于一体。手机作为荧光检测器不仅可以提高系统集成度、减小系统体积、减少复杂元件、简化实验操作，而且能够非常方便地共享实验结果。

目前国际上开发研究的纸芯片材料来源单一，大部分采用Whatman#1滤纸，价格较贵，这一缺点限制了纸芯片的发展。然而，布芯片材料来源广泛、易于获得、价格相对便宜，并可应用到现场即时检测中。

将手机和布芯片相结合应用于分析检测，不仅能克服样品处理繁杂、仪器使用成本高的局限，而且能提供一种快速、灵敏且操作便捷的分析方法。

工业飞速发展致使工业污水肆意排放、人类垃圾的不断堆积导致重金属污染问题日渐严重。比如，汞离子(Hg²⁺)是环境中普遍存在的高毒性重金属离子，它具有高毒性和生物不可降解性，对生态环境和人类健康构成严重威胁。因此，准确、快速检测重金属离子对监测生态环境中的重金属污染、防止重金属离子在水资源中的扩散、保护人类健康具有至关重要的作用。

市场上传统的汞离子定量检测方法有原子荧光光谱法(AFS)、原子吸收光谱法(AAS)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)，这些方法仪器昂贵、分析周期长、操作复杂、检测费用昂贵，难以实现即时现场快速检测。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本实用新型提供了一种基于手机的智能化荧光分析系统。该系统操作简单，对用户友好，可实现Hg²⁺浓度的现场即时定量检测。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于手机的智能化荧光分析系统，设有APP应用装置和暗箱，所述APP应用装置用于拍摄荧光图像并根据荧光图像对Hg²⁺浓度数据进行分析、保存，所述APP应用装置与暗箱进行活动连接，所述APP应用装置具体采用手机，所述暗箱用于提供检测时所需的暗环境，所述暗箱设有上盖部、箱体、下底部和荧光检测装置，上盖部和下底部分别与箱体固定连接形成一体化封闭结构，荧光检测装置与下底部进行嵌入式的活动连接；

所述上盖部包括手机固定夹具、连接块和观测块，手机固定夹具和观测块分别固定设置在连接块上，手机固定夹具还与手机连接；

所述上盖部还包括激发滤光片、双凸透镜组件、第一压环、第二压环、镜筒、发射滤光片，所述观测块设有第一孔位和第二孔位，第一孔位用于嵌入第一压环，第二孔位用于嵌入第二压环，发射滤光片通过第一压环进行固定于观测块内；

激发滤光片通过第二压环进行固定于观测块内，镜筒与观测块进行耦合连接，双凸透镜组件固定设置在镜筒内；

下底部设置在箱体内的底端，下底部设有插槽，该插槽用于插入荧光检测装置并固定荧光检测装置的位置；

所述荧光检测装置包括上半体、下半体和Hg²⁺荧光检测芯片，该Hg²⁺荧光检测芯片设置在下半体上，上半体与下半体相互扣合进而包裹Hg²⁺荧光检测芯片。

作为优选的技术方案，所述手机包括LED灯、摄像头、存储器、处理器和显示器，处理器分别与LED灯、摄像头、存储器、显示器连接，所述LED灯作为激发光源，所述摄像头用于采集荧光图像。

作为优选的技术方案，所述手机固定夹具包括夹具活动块、移动杆、夹具固定块，所述移动杆包括固定端和活动部，所述移动杆穿过夹具活动块并通过固定端与夹具活动块耦合，移动杆的活动部设有外螺纹，夹具固定块设有内螺纹，夹具固定块的内螺纹与移动杆的活动部的外螺纹相对应，夹具固定块与移动杆的活动部进行活动连接；

所述固定端在其末端处设置调节部，调节部用于扭转带动活动部穿出夹具固定块。

作为优选的技术方案，所述镜筒与观测块进行耦合连接具体为：在观测块的第二孔位正下方设有内螺纹，镜筒通过自身外螺纹与观测块的内螺纹对应耦合进行固定连接。

作为优选的技术方案，所述第一压环和第二压环采用相同的结构，每个压环在其两侧设有螺丝孔位。

作为优选的技术方案，所述上半体包括检测孔、加样孔、加样指示标和2个压条，所述Hg²⁺荧光检测芯片包括检测片、加样片、PVC底板；

在荧光检测装置的垂直方向上，检测孔正对着检测片进行设置，加样孔正对着加样片进行设置；

在上半体的正面方向，检测孔和加样指示标设置在加样孔两侧，检测孔、加样孔导通至上半体的侧面，在该侧面方向上，2个压条分别设置在检测孔、加样孔所在水平线的上、下两端部；

加样片分别与检测片、PVC底板相连，在垂直方向上，由上至下依次为检测片、加样片、PVC底板，从而形成三层结构，其中检测片的一端粘接在PVC底板一端，加样片的一端粘接在PVC底板的另一端，检测片与加样片分别从两端处向内合上进行重叠设置，进而检测片的另一端与加样片的另一端部分重叠。

作为优选的技术方案，所述检测片包括检测区和第一蜡坝，第一蜡坝设置在检测区以外的区域，

加样片包括加样区、加样通道和第二蜡坝，加样区与加样通道的一边连通进行重叠设置，第二蜡坝设置在加样区和加样通道以外的区域。

作为优选的技术方案，检测区采用圆形，加样区采用圆形。

作为优选的技术方案，所述观测块还设有2个螺丝孔，所述观测块通过安装螺丝与连接块进行固定连接。

作为优选的技术方案，所述暗箱采用聚乳酸。

作为优选的技术方案，所述APP应用装置设有图像分析APP，所述的图像分析APP具体包括以下步骤：

步骤1、手机摄像头作为拍摄单元，APP主界面实时预览窗口，加样1分钟后，拍摄检测区的荧光图像；通过数据处理单元对图像进行预处理，裁剪图像中的发光区域并在界面进行显示。

步骤2、利用for循环语句对所裁剪区域进行像素点扫描。

步骤3、通过GetPixel方法提取扫描后每个像素点的R值，同时新建初始值为0的计数器count记录各像素点累加的R值。

步骤4、根据计数器的求和数值以及平均值计算公式得到扫描后像素点的平均R值；在所述步骤4中，将每次裁剪的检测区域的尺寸进行固定以降低个体性、偶然性误差对检测结果的不利影响。

步骤5、利用平均R值与待测物质浓度呈线性关系的标准曲线求得检测区域平均R值所对应的待测物质浓度，并直接呈现在手机界面上；在所述步骤5中，根据呈现在手机界面的待测物质浓度数值，提示待检测物质浓度是否超标。

步骤6、点击Save按钮，即数据保存按钮，以对当次检测数据进行保存处理。在所述步骤6中，可对已保存的检测数据进行查看，也可根据已保存的检测数据自动绘制折线图，直观地观察变化趋势。

作为优选的技术方案，所述检测片检测区经过修饰，修饰过程包括在检测区滴涂10μL罗丹明6G(Rh6G)溶液，真空干燥数小时。

所述Rh6G浓度优选为0.3g/L。

所述加样片设有加样区、加样通道和疏水蜡坝。

所述加样通道宽度优选为5mm。

所述加样通道长度优选为10mm。

所述加样通道经过修饰，修饰过程包括将KI溶液与乙二胺四乙酸(EDTA)溶液以5:2比例进行混合，滴涂28μL混合溶液在样品通道，真空干燥数小时。

所述KI浓度优选为20g/L。

所述KI溶液含有20g/L硫代硫酸钠和20g/L邻苯二甲酸氢钾。

所述EDTA浓度优选为12g/L。

所述检测时间优选为60s。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)本实用新型充分利用手机的便携性实现待测物质的即时现场荧光检测，手机内置的LED灯作为激发光源，手机摄像头采集荧光图像，手机APP分析图像并保存，整个分析系统无需任何外设电源、光源和分析设备，具有体积小，易携带，成本低，可现场使用等优点；整个操作过程中，操作人员只需要滴加待测溶液，无需预处理，操作过程简单快速，短时间内即可实现样本进-结果出的待测物检测。

(2)基于手机的智能化荧光分析系统对待测物质检测具有良好的荧光响应，应用范围广泛，可应用于检测蛋白，重金属离子，核酸，激素，农药残留，食品添加剂，空气污染物等。

附图说明

图1是本实用新型实施例1中基于手机的智能化荧光分析系统的结构示意图；

图2(a)是本实用新型实施例1中基于手机的智能化荧光分析系统的正面剖视示意图；

图2(b)是本实用新型实施例1中基于手机的智能化荧光分析系统的侧面剖视示意图；

图3(a)是本实用新型实施例1中荧光检测装置的上半体正面视角的示意图；

图3(b)是本实用新型实施例1中荧光检测装置的上半体侧视图；

图3(c)是本实用新型实施例1中荧光检测装置的上半体背面示意图；

图4是本实用新型实施例1中荧光检测装置的下半体正面示意图；

图5(a)是本实用新型实施例1中Hg²⁺荧光检测芯片的分层示意图；

图5(b)是本实用新型实施例1中Hg²⁺荧光检测芯片的结构示意图；

图6是本实用新型实施例3中流动时间与样品通道宽度的关系图；

图7是本实用新型实施例3中ΔR值与样品通道长度的关系图；

图8是本实用新型实施例3中ΔR值与KI浓度的关系图；

图9是本实用新型实施例3中ΔR值与EDTA浓度的关系图；

图10是本实用新型实施例3中ΔR值与Rh6G浓度的关系图；

图11是本实用新型实施例3中ΔR值与反应时间的关系图；

图12是本实用新型实施例4中ΔR值与Hg2+浓度的关系图；

图13是本实用新型实施例5中基于手机的智能化荧光分析系统的选择性评价示意图。

其中，附图标记为：100-上盖部，101-手机固定夹具，101a-活动块、101b-移动杆、101c-夹具固定块，102-连接块，103-观测块，104-第一孔位，105-第二孔位，106-激发滤光片，107-双凸透镜组件，108-发射滤光片，109-镜筒，200-箱体，300-下底部，301-插槽，400-荧光检测装置，401-上半体，402-下半体，403-Hg²⁺荧光检测芯片，404-检测孔，405-加样孔，406-加样指示标，407-压条，408-检测片，409-加样片，410-PVC底板，408a-检测区，408b-第一蜡坝，409a-加样区，409b-加样通道，409c-第二蜡坝，A处为检测片与加样片的重叠线。

具体实施方式

在本公开的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在该词前面的元素或者物件涵盖出现在该词后面列举的元素或者物件及其等同，而不排除其他元素或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，否则术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。此外，下面所描述的本公开不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种基于手机的智能化荧光分析系统，该系统包括手机和暗箱，手机与暗箱进行活动连接。

在本实施例中，手机包括LED灯、摄像头、存储器，手机用于拍摄荧光图像并根据荧光图像对Hg²⁺浓度数据进行分析、保存。实际应用时，利用SurfaceView对当前手机摄像头捕获的界面进行实时监测，从而保证待测荧光图像的实时性、准确性。其中手机的LED灯用于提供荧光激发光源，手机的摄像头用于拍摄需要的荧光图像，手机的存储器用于对分析得到的Hg²⁺浓度进行保存。

在本实施例中，手机还包括处理器和显示器，处理器分别与LED灯、摄像头、存储器、显示器连接。该处理器用于根据荧光图像进行计算Hg²⁺浓度，显示器用于显示检测结果的状态。

结合图1、图2(a)和图2(b)，暗箱用于提供检测时所需的暗环境，暗箱设有上盖部、箱体、下底部和荧光检测装置，上盖部和下底部分别与箱体固定连接形成一体化封闭结构，荧光检测装置与下底部进行嵌入式的活动连接。其中上盖部包括手机固定夹具、连接块和观测块，手机固定夹具和观测块分别固定设置在连接块上，手机固定夹具具体通过螺丝固定在连接块上并设置在观测块的一侧，手机固定夹具还与手机进行夹取式连接。

实际应用时，手机固定夹具包括夹具活动块、移动杆、夹具固定块，移动杆包括固定端和活动部，移动杆穿过夹具活动块并通过固定端与夹具活动块耦合，移动杆的活动部设有外螺纹，夹具固定块设有内螺纹，夹具固定块的内螺纹与移动杆的活动部的外螺纹相对应，夹具固定块与移动杆的活动部进行活动连接。固定端在其末端处设置调节部，可用于用户进行扭转，从而带动活动部穿出夹具固定块，进而通过调整移动杆在活动部外的长度进行对手机夹取的松紧度调节。

在本实施例中，上盖部还包括激发滤光片、双凸透镜组件、第一压环、第二压环、镜筒、发射滤光片，观测块设有第一孔位和第二孔位，第一孔位用于嵌入第一压环，第二孔位用于嵌入第二压环，发射滤光片通过第一压环进行固定于观测块内；激发滤光片通过第二压环进行固定于观测块内，在观测块的第二孔位正下方设有内螺纹，镜筒通过自身外螺纹与观测块的内螺纹对应耦合进行固定连接，双凸透镜组件固定设置在镜筒内。采用这种结构后，在暗箱的内部，LED灯的激发光能较好地到达检测区域，荧光图像能很好地被手机摄像头拍摄。此外，暗箱能避免外部光线干扰内部环境，提高荧光检测的信噪比，确保检测结果的灵敏性和准确度。

第一压环和第二压环采用相同的结构，每个压环在其两侧设有螺丝孔位，通过螺丝进行旋紧，进而与观测块固定连接。

观测块还设有2个螺丝孔，观测块通过2个螺丝孔进行安装螺丝，从而与连接块固定连接。此外本领域技术人员还可根据实际情况设置多个螺丝孔。

在本实施例中，下底部固定设置在箱体内的底端，具体通过在箱体两侧设置螺丝孔，通过嵌入螺丝使下底部固定在箱体内。下底部设有插槽，该插槽用于插入荧光检测装置并固定荧光检测装置的位置，提高荧光检测装置插入的便捷性，减少检测时荧光检测装置的偏移。

结合图3(a)、图3(b)、图3(c)、图4、图5(a)和图5(b)，荧光检测装置包括上半体、下半体和Hg²⁺荧光检测芯片，该Hg²⁺荧光检测芯片设置在下半体上，上半体与下半体相互扣合进而包裹Hg²⁺荧光检测芯片，通过固定和包裹Hg²⁺荧光检测芯片，起到保护Hg²⁺荧光检测芯片不受外界污染，并让用户的操作更加便捷。

其中上半体包括检测孔、加样孔、加样指示标和2个压条，Hg²⁺荧光检测芯片包括检测片、加样片、PVC底板，在荧光检测装置的垂直方向上，检测孔正对着检测片进行设置，加样孔正对着加样片进行设置；在上半体的正面方向，检测孔和加样指示标设置在加样孔两侧，检测孔、加样孔导通至上半体的侧面，在该侧面方向上，2个压条分别设置在检测孔、加样孔所在水平线的上、下两端部，从而使得Hg²⁺荧光检测芯片的检测片和加样片能够进行很好地叠压，待测物质溶液可以更好地从加样片垂直渗透进入检测片。

结合图5(a)和图5(b)，加样片分别与检测片、PVC底板相连，在垂直方向上，由上至下依次为检测片、加样片、PVC底板，从而形成三层结构；其中检测片的一端粘接在PVC底板一端，加样片的一端粘接在PVC底板的另一端，检测片与加样片分别从两端处向内合上进行重叠设置，进而检测片的另一端与加样片另一端部分重叠，其中A处为该重叠区域的重叠线示意位置。检测片包括检测区和第一蜡坝，第一蜡坝设置在检测区以外的区域，检测区采用圆形，其直径为6mm；加样片包括加样区、加样通道和第二蜡坝。加样区与加样通道的一边连通进行重叠设置，第二蜡坝设置在加样区和加样通道以外的区域，加样区采用圆形，其直径为8mm，加样通道采用矩形，其长10mm，宽5mm。

实际应用时，上半体和下半体是由软件SolidWorks完成建模设计，使用聚乳酸黑色耗材，并由3D打印机制作而成。

实际应用时，手机固定夹具型号为SJ-03；激发滤光片、发射滤光片均采用荧光滤光片组，型号为BP520；双凸透镜组件的型号为GLH-12；镜筒的型号为ZTC-05-1.5；第一压环和第二压环为利用3D打印机打印制得，3D打印机的型号为CR-2020，3D打印耗材的型号为CR-PLA。

在本实施例中，检测片和加样片修饰具体为：对于检测片修饰，将10μL 0.3g/LRh6G溶液滴涂于检测区，放置真空干燥箱，温度设置37℃，时间设为12h。对于加样片修饰，将20g/L KI缓冲溶液与12g/L EDTA溶液以5:2比例进行混合，28μL混合溶液滴涂在样品通道，放置真空干燥箱，温度设置37℃，时间设置12h。

在本实施例中，样品检测具体为：将40μL待测溶液通过芯片模块上加样孔滴加到Hg²⁺荧光检测芯片上；1min后打开手机LED灯；接着，打开手机摄像头专业拍照模式设置ISO6400，S 1/400，WB 4000，拍摄荧光图像；最后，使用APP分析荧光图像，得出Hg²⁺浓度，保存于手机中。

实施例2

进一步地，本实施例2对实施例1中的基于手机的智能化荧光分析系统的原理说明如下：

在浓度检测分析的工作原理：基于Android Studio开发平台，利用Mp Chart图表库、SQLite软件库等开源库开发以标准曲线为算法基础的APP，并通过处理器执行分析处理；

暗箱的工作原理：手机LED灯的光线通过激发滤光片发出波长特定的光，即发散的面光源；通过暗箱固定的双凸透镜使光线会聚，形成光强分布均匀的光斑，以此用来激发检测区的荧光物质；通过手机的摄像头采集检测区在激发光源下形成荧光图像，而整个过程在暗箱中黑暗的环境下进行，避免任何外界光线影响。

荧光检测装置的工作原理：通过芯片上侧向/垂直流原理实现干式荧光Hg²⁺检测。

进一步的，以本实施例提出的一种基于手机的智能化荧光分析系统为例，进行Hg²⁺检测以进一步说明该系统的检测原理。

检测过程具体包括：

(1)待检测的Hg²⁺加入后，经过侧向流，过量的KI与Hg²⁺在样品通道反应生成HgI₄ ^2-；

(2)HgI₄ ^2-先后通过毛细力形成侧向流、垂直流进入检测区与Rh6G反应生成离子缔合物，发生荧光淬灭；

(3)打开手机的LED灯，激发光射向激发滤波片滤波，然后通过双凸透镜形成激发光斑激发检测区上所生成的物质；

(4)所产生的荧光经过发射滤波片被手机摄像头拍摄，产生荧光图像；

(5)采集到的荧光图像通过手机APP分析，得出Hg²⁺浓度，并保存于手机的存储器中。

对于手机APP：

APP将所截取尺寸为70*70px的荧光图像作为Bitmap格式进行存储。APP将每次裁剪的荧光图像的尺寸固定为70*70px，以消除个体性、偶然性差异对检测结果可能造成一定的不利影响。APP利用双层for循环语句从位图的原点开始，扫描荧光图像的像素点，结合Bitmap中的GetPixel方法提取荧光图像各像素点的R值，创建计数器count记录各像素点R值的累加值。

Bitmap(位图)：Bitmap对象本质上是一张图片的内容在内存中的表达形式。它将图片的内容看做是由存储数据的有限个像素点组成；每个像素点存储该像素点位置的ARGB值。每个像素点的ARGB值确定下来，这张图片的内容就相应地确定。

GetPixel函数原型：GetPixel(x,y)，GetPixel函数是用来获取图像中某一点的像素的RGB颜色值，GetPixel的参数是一个坐标点。

Hg²⁺浓度的计算：首先根据计数器中所记录的荧光图像每个像素点的R值累加的数值和平均值公式来计算平均R值，然后利用具有线性关系的标准曲线进行计算得到Hg²⁺浓度。如果计算结果小于工业废水排放国家标准(0.05μg/mL)，则测量结果正常显示；如果计算结果大于上述标准，则测量结果不正常显示。

在本实施例中，暗箱是由软件SolidWorks完成建模设计，使用聚乳酸黑色耗材，并由3D打印机制作而成。

在本实施例中，检测片和加样片采用Adobe Illustrator CS5绘图软件设计；将布浸泡在吐温20溶液(0.1％)中；5min后把布取出，用去离子水中漂洗两次；然后，取出晾干备用；最后，采用蜡丝网印刷技术制备检测片和加样片的疏水蜡坝。

实施例3

本实施例3以对影响实施例1中荧光分析系统检测Hg²⁺浓度的若干重要因素，影响因素包括通道宽度、通道长度、KI浓度、EDTA浓度、Rh6G浓度、反应时间，对影响因素进行优选，以进一步说明：

a)优选通道宽度

1.通道宽度待定，通道长度15mm。

2.设置若干实验组：通道宽度设置为几个不同的值(3mm、4mm、5mm、6mm、7mm)。

3.实验步骤：将40μL胭脂红溶液滴加到加样区，打开计时器，液体充满检测区时按下暂停键，记录数据。测试结果如图6所示。

从实验结果可以看出：40μL胭脂红溶液从加样区流动、充满检测区的时间，随通道宽度增加先变短后变长。产生这种现象的原因可能是：流动时间包括两个部分，液体在通道中的侧向流动时间和液体从加样通道垂直渗透进入检测区的时间。上液量固定，通道宽度从3mm变化到5mm时，流动性能越好，液体流过通道的时间越短；当通道宽度从5mm变化到7mm时，通道面积逐渐变大，单位面积液体量越来越小，液体从通道垂直渗透进入检测区更困难，因此总时间变长。为了获得最短时间，通道宽度优选为5mm。

b)优选通道长度

1.待测Hg²⁺浓度为50μg/mL，通道宽度为5mm，通道长度待定，KI浓度为20g/L，EDTA浓度为15g/L，Rh6G浓度为0.2g/L，反应时间为2min。

2.设置若干实验组：通道长度设置为几个不同的值(0mm、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm)。

3.实验步骤和其他材料与实施例1相同，测试结果如图7所示。

从实验结果中可以看出：ΔR值随着通道长度增加而先增加后减少。为了获得最大ΔR值，通道长度优选为10mm。

c)优选KI浓度

1.待测Hg²⁺浓度为50μg/mL，通道宽度为5mm，通道长度为10mm，KI浓度待定，EDTA浓度为15g/L，Rh6G浓度为0.2g/L，反应时间为2min。

2.设置若干实验组：KI浓度设置为几个不同的值(2g/L、10g/L、20g/L、25g/L、30g/L、40g/L)。

3.实验步骤和其他材料与实施例1相同，测试结果如图8所示。

从实验结果可以看出：ΔR值随着KI浓度增加而增加，浓度大于20g/L时ΔR值增加不明显。产生这种现象的原因可能是：当KI浓度小于20g/L时I^-浓度较低，反应不完全，Rh6G淬灭不足，ΔR值偏小。当KI浓度大于20g/L时，反应完全。为了节省试剂，KI浓度优选为20g/L。

d)优选EDTA浓度

1.待测Hg²⁺浓度为50μg/mL，通道宽度为5mm，通道长度为10mm，KI浓度为20g/L，EDTA浓度待定，Rh6G浓度为0.2g/L，反应时间为2min。

2.设置若干实验组：EDTA浓度设置为几个不同的值(0g/L、6g/L、12g/L、15g/L、18g/L、24g/L、30g/L)。

3.实验步骤和其他材料与实施例1相同，测试结果如图9所示。

从实验结果可以看出：ΔR值随着EDTA浓度增加而减小。产生这种现象的可能原因是：EDTA与Rh6G发生反应，淬灭部分Rh6G，ΔR值减小。为了芯片有较高的ΔR值和较好的抗干扰能力，EDTA浓度优选为12g/L。

e)优选Rh6G浓度

1.待测Hg²⁺浓度为50μg/mL，通道宽度为5mm，通道长度为10mm，KI浓度为20g/L，EDTA浓度为12g/L，Rh6G浓度待定，反应时间为2min。

2.设置若干实验组:Rh6G浓度设置为几个不同的值(0.05g/L、0.2g/L、0.3g/L、0.4g/L、0.6g/L、0.8g/L)。

3.实验步骤和其他材料与实施例1相同，测试结果如图10所示。

从实验结果可以看出：ΔR值随着Rh6G浓度增加先增加后减小。产生这种现象的可能原因是：高浓度Rh6G发生熄灭和自吸收现象，Rh6G淬灭现象不明显。为了有较高的ΔR值，Rh6G浓度优选为0.3g/L。

f)优选反应时间

1.待测Hg²⁺浓度为50μg/mL，通道宽度为5mm，通道长度为10mm，KI浓度为20g/L，EDTA浓度为12g/L，Rh6G浓度为0.3g/L，反应时间待定。

2.设置若干实验组：反应时间设置为几个不同的值(10s、20s、40s、60s、90s、120s)。

3.实验步骤和其他材料与实施例1相同，测试结果如图11所示。

从实验结果可以看出：ΔR值随着反应时间增长而增大，但是在60s后ΔR值增加不明显。产生这种现象的可能原因是在60s时，整个反应已经停止。为了芯片有较好的检测效果且检测时间更短，反应时间优选为60s。

实施例4

本实施例4采用实施例1中基于手机的智能化荧光分析系统对Hg²⁺定量检测为例，以进一步说明。

1.采用实施例2优化的参数：通道宽度5mm、通道长度10mm、KI浓度20g/L，EDTA浓度12g/L、Rh6G 0.3g/L、反应时间60s。

2.设置若干实验组：待测Hg²⁺浓度设置为几个不同的值(0μg/mL、0.001μg/mL、0.005μg/mL、0.01μg/mL、0.1μg/mL、0.5μg/mL、1μg/mL、5μg/mL、10μg/mL、30μg/mL、50μg/mL、100μg/mL)。

3.实验步骤和其他材料与实施例1相同，测试结果如图12所示。

从实验结果可以看出：ΔR值随着Hg²⁺浓度升高而增强。X表示Hg²⁺浓度对数，Y表示ΔR值，ΔR值与Hg²⁺浓度对数呈一定线性关系，线性方程可表达为Y＝7.17X+31.4，相关系数R²＝0.9901。检测限采用的计算方法是：XL＝Xb+3Sb，其中Xb为空白对照时ΔR值，Sb为空白对照的标准偏差，进行5次重复试验；通过所得XL值对应的Hg²⁺浓度得到检测限为0.0005μg/mL。

实施例5

本实施例5采用实施例1中基于手机的智能化荧光分析系统进行Hg²⁺的选择性实验为例，以进一步说明。

1.采用实施例2优化的参数：通道宽度为5mm，通道长度为10mm，KI浓度为20g/L，EDTA浓度为12g/L，Rh6G浓度为0.3g/L，反应时间为60s。

2.设置若干Hg²⁺干扰实验组：Na⁺、K⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Fe³⁺、Cr³⁺和空白对照。

3.以10μg/mL Hg²⁺溶液为空白组，分别配置Na⁺、K⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Fe³⁺、Cr³⁺与10μg/mL Hg²⁺溶液1:1和5:1混合溶液。实验步骤和其他材料与实施例1相同，测试结果如图13所示。

从实验结果可以看出：干扰实验组ΔR值与空白对照ΔR值相比，差别不明显。因此，该系统可以实现对Hg²⁺进行良好检测。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于手机的智能化荧光分析系统，设有APP应用装置和暗箱，所述APP应用装置用于拍摄荧光图像并根据荧光图像对Hg²⁺浓度数据进行分析、保存，所述APP应用装置与暗箱进行活动连接，其特征在于，所述APP应用装置具体采用手机，所述暗箱用于提供检测时所需的暗环境，所述暗箱设有上盖部、箱体、下底部和荧光检测装置，上盖部和下底部分别与箱体固定连接形成一体化封闭结构，荧光检测装置与下底部进行嵌入式的活动连接；

所述上盖部包括手机固定夹具、连接块和观测块，手机固定夹具和观测块分别固定设置在连接块上，手机固定夹具还与手机连接；

所述上盖部还包括激发滤光片、双凸透镜组件、第一压环、第二压环、镜筒、发射滤光片，所述观测块设有第一孔位和第二孔位，第一孔位用于嵌入第一压环，第二孔位用于嵌入第二压环，发射滤光片通过第一压环进行固定于观测块内；

激发滤光片通过第二压环进行固定于观测块内，镜筒与观测块进行耦合连接，双凸透镜组件固定设置在镜筒内；

下底部设置在箱体内的底端，下底部设有插槽，该插槽用于插入荧光检测装置并固定荧光检测装置的位置；

所述荧光检测装置包括上半体、下半体和Hg²⁺荧光检测芯片，该Hg²⁺荧光检测芯片设置在下半体上，上半体与下半体相互扣合进而包裹Hg²⁺荧光检测芯片。

2.根据权利要求1所述的基于手机的智能化荧光分析系统，其特征在于，所述手机APP应用装置具体包括LED灯、摄像头、存储器、处理器和显示器，处理器分别与LED灯、摄像头、存储器、显示器连接，所述LED灯作为激发光源，所述摄像头用于采集荧光图像。

3.根据权利要求1所述的基于手机的智能化荧光分析系统，其特征在于，所述手机固定夹具包括夹具活动块、移动杆、夹具固定块，所述移动杆包括固定端和活动部，所述移动杆穿过夹具活动块并通过固定端与夹具活动块耦合，移动杆的活动部设有外螺纹，夹具固定块设有内螺纹，夹具固定块的内螺纹与移动杆的活动部的外螺纹相对应，夹具固定块与移动杆的活动部进行活动连接；

所述固定端在其末端处设置调节部，调节部用于扭转带动活动部穿出夹具固定块。

4.根据权利要求1所述的基于手机的智能化荧光分析系统，其特征在于，所述镜筒与观测块进行耦合连接具体为：在观测块的第二孔位正下方设有内螺纹，镜筒通过自身外螺纹与观测块的内螺纹对应耦合进行固定连接。

5.根据权利要求1所述的基于手机的智能化荧光分析系统，其特征在于，所述第一压环和第二压环采用相同的结构，每个压环在其两侧设有螺丝孔位。

6.根据权利要求1所述的基于手机的智能化荧光分析系统，其特征在于，所述上半体包括检测孔、加样孔、加样指示标和2个压条，所述Hg²⁺荧光检测芯片包括检测片、加样片、PVC底板；

在荧光检测装置的垂直方向上，检测孔正对着检测片进行设置，加样孔正对着加样片进行设置；

在上半体的正面方向，检测孔和加样指示标设置在加样孔两侧，检测孔、加样孔导通至上半体的侧面，在该侧面方向上，2个压条分别设置在检测孔、加样孔所在水平线的上、下两端部；

加样片分别与检测片、PVC底板相连，在垂直方向上，由上至下依次为检测片、加样片、PVC底板，从而形成三层结构，其中检测片的一端粘接在PVC底板一端，加样片的一端粘接在PVC底板的另一端，检测片与加样片分别从两端处向内合上进行重叠设置，进而检测片的另一端与加样片的另一端部分重叠。

7.根据权利要求6所述的基于手机的智能化荧光分析系统，其特征在于，所述检测片包括检测区和第一蜡坝，第一蜡坝设置在检测区以外的区域，

加样片包括加样区、加样通道和第二蜡坝，加样区与加样通道的一边连通进行重叠设置，第二蜡坝设置在加样区和加样通道以外的区域。

8.根据权利要求7所述的基于手机的智能化荧光分析系统，其特征在于，检测区采用圆形，加样区采用圆形。

9.根据权利要求1所述的基于手机的智能化荧光分析系统，其特征在于，所述观测块还设有2个螺丝孔，所述观测块通过安装螺丝与连接块进行固定连接。

10.根据权利要求1所述的基于手机的智能化荧光分析系统，其特征在于，所述暗箱采用聚乳酸。

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